Corrosion des soudures en acier inoxydable : causes, prévention et conseils de conception des joints

Deux mois après l'installation d'un lot de 304 soufflets en acier inoxydable dans un hôtel côtier, de petites taches brunes sont apparues le long des cordons de soudure. Le métal de base avait toujours l’air propre. Le fournisseur a insisté sur le fait que le matériau était du véritable 304 et un test en laboratoire a confirmé. Le problème n’était pas la qualité de l’alliage. L'apport de chaleur du soudage et l'absence de passivation après le soudage ont créé des conditions de corrosion. La bonne nouvelle est que la corrosion des soudures peut être contrôlée avant qu’un lot ne quitte l’usine. Il suffit de savoir quels mécanismes sont en jeu et quoi préciser.

Pourquoi les zones de soudure deviennent le point faible

Une soudure n’est pas seulement un joint mécanique. Il s'agit d'un événement thermique qui modifie la microstructure d'une pièce en acier inoxydable sur une bande étroite. Trois effets font de cette bande l’endroit le plus probable pour le début de la corrosion.

Zone affectée par la chaleur et sensibilisation

Lorsque le métal de base atteint environ 450 à 850 °C pendant le soudage, le chrome et le carbone peuvent se combiner en carbures de chrome le long des joints de grains. La zone située immédiatement à côté de la soudure, connue sous le nom de zone affectée par la chaleur (ZAT), peut devenir dépourvue de chrome qui forme normalement le film d'oxyde protecteur. Cette condition est appelée sensibilisation. L'acier inoxydable de type 304 y est plus sujet que le 316 ou le 316L, car le molybdène ajoute de la résistance et la qualité à très faible teneur en carbone limite la précipitation du carbure.

Couche passive endommagée et échelle d'oxyde

La chaleur du soudage oxyde la surface. La calamine colorée qui apparaît près de la soudure n’est pas anodine : elle se situe au-dessus d’une zone appauvrie en chrome où le film passif a été dégradé. À moins que cette calamine ne soit éliminée, la surface ne peut pas repassiver complètement et une cellule de corrosion locale peut se former sous l'oxyde.

Contrainte de traction résiduelle

Un chauffage et un refroidissement rapides laissent des contraintes de traction résiduelles concentrées autour de la soudure. Lorsqu’un environnement riche en chlore est présent, ce stress crée un risque supplémentaire. La fissuration par corrosion sous contrainte peut se développer sous forme de fines branches, parfois sans rouille visible importante, ce qui la rend particulièrement dangereuse dans les systèmes de gaz ou d'eau. Le dossier de sécurité des tubes ondulés en acier inoxydable, y compris la manière dont le soudage et le contrôle de la corrosion les affectent, est couvert dans notre article sur les considérations de sécurité de la CSST .

Mécanismes de corrosion courants dans les joints soudés

Les échecs sur le terrain apparaissent rarement d’un seul coup. Ils commencent généralement par un mécanisme qui crée une aspérité, puis un deuxième mécanisme prend le relais. Le tableau ci-dessous présente les mécanismes typiques, leurs causes et leurs contrôles pratiques.

Les piqûres sont le point de départ le plus visible dans les eaux chlorées. Il peut s'approfondir dans une crevasse si du tartre ou de la saleté crée un espace. La corrosion intergranulaire est la conséquence classique de la sensibilisation, et la fissuration par corrosion sous contrainte est le mécanisme qui provoque des fuites soudaines alors que les deux autres ont déjà fragilisé la paroi. Dans notre propre usine, nous traitons ces quatre éléments comme des indicateurs de qualité du soudage et non comme des problèmes de matériaux distincts.

Protocoles de traitement après soudure

La sélection des alliages à elle seule ne suffit pas. Une soudure qui n’est pas nettoyée et passivée se corrodera quand même beaucoup plus rapidement que le même métal de base avec une surface correctement restaurée. La séquence standard est le nettoyage mécanique, le décapage et la passivation.

• Le nettoyage mécanique élimine le tartre et l'oxyde rugueux par meulage ou brossage. Pour les tubes à paroi mince, il doit être suffisamment doux pour ne pas réduire l'épaisseur de la paroi.
• Le décapage utilise un mélange d’acide nitrique/fluorhydrique pour dissoudre la couche appauvrie en chrome et exposer le métal propre. C’est l’étape la plus importante lorsque le tartre est lourd.
• La passivation reconstruit le film d'oxyde. La passivation de l'acide citrique est une alternative plus sûre à l'acide nitrique et est couverte par la norme ASTM A967.

Pour les tubes ondulés en acier inoxydable, la géométrie des rides rend le détartrage plus difficile que sur une tôle plate. Nos lignes de production utilisent des bains de nettoyage et de décapage automatisés afin que le traitement atteigne toute la surface interne et externe, et pas seulement les zones accessibles à une brosse métallique.

Spécification de l'acier inoxydable soudé pour des applications pratiques

La meilleure façon de réduire le risque de corrosion des soudures est d’adapter l’alliage et la géométrie de la pièce à l’environnement d’installation réel. Un soufflet 304 à usage général peut alimenter des conduites d'eau ou de gaz intérieures sèches, mais l'air côtier, les piscines et les cuisines industrielles font augmenter les niveaux de chlorure. Dans ces cas-là, le 316L est le choix le plus sûr.

Choisissez le bon alliage pour l'environnement de soudage

Pour le raccordement d'un appareil à gaz de cuisine, le tuyau est exposé à la vapeur, aux produits de nettoyage et à l'humidité locale. Un tuyau flexible ondulé pour gaz naturel de 316 L avec un revêtement de protection offre à la fois une résistance à la corrosion et une protection mécanique. C'est pourquoi nous recommandons une qualité de molybdène plus élevée lorsque le site d'installation est proche de la mer ou dans une zone de restauration très humide.

Tuyau de gaz naturel flexible ondulé 316L pour utilisation en cuisine Ce tuyau de gaz ondulé de 316 L avec enveloppe en acier inoxydable et chambre à air en caoutchouc résiste à la corrosion et aux contraintes mécaniques, ce qui le rend adapté aux environnements de cuisine humides proches de la mer. Voir le produit →

Choisissez la structure qui évite les concentrations de contraintes

Une forme de soufflet répartit le mouvement et la dilatation thermique sur de nombreuses petites circonvolutions au lieu de forcer la déformation en une seule soudure courte. La paroi à soufflet elle-même doit être solide, mais sa géométrie réduit les contraintes locales qui peuvent conduire à des fissures par corrosion sous contrainte. Lorsque l’application nécessite un retardateur de flamme, le revêtement extérieur doit également être évalué pour la flexion et la chaleur. Notre tube à gaz ondulé ignifuge a été conçu pour cette combinaison, avec une structure qui maintient le noyau en acier inoxydable protégé et la couche externe stable sous le mouvement normal de l'appareil.

Tuyau ignifuge ondulé en acier inoxydable pour le gaz Ce tube à gaz ondulé ignifuge est doté d'un revêtement en PVC jaune qui résiste au feu, aux UV et à l'usure, offrant ainsi une distribution de gaz sûre et durable dans les applications exigeantes. Voir le produit →

Vérifier l'état de surface des circuits d'eau chaude et froide

Les circuits d'eau chaude et froide introduisent de l'oxygène, des variations de température et, dans certaines régions, du chlorure dissous. Une fuite dans le raccordement d’un chauffe-eau n’est pas seulement un problème de maintenance : elle peut endommager l’équipement en dessous du point de défaillance. Un moyen éprouvé de protéger la connexion consiste à spécifier un lien flexible en acier inoxydable avec un raccord réglable par clé et une surface entièrement décapée et passivée. Nous fabriquons le tube ondulé en acier inoxydable avec une clé à cet effet, et c'est un choix courant pour les projets de rénovation et OEM. Les soufflets en acier inoxydable offrent également une longue durée de vie qui réduit le fardeau environnemental des remplacements répétés, comme indiqué dans cet aperçu des avantages environnementaux des soufflets en acier inoxydable .

Tuyau ondulé en acier inoxydable 304 avec clé Ce tuyau ondulé en acier inoxydable 304 résiste aux températures et pressions élevées, et la clé incluse permet une installation et un entretien faciles, idéal pour les systèmes d'eau chaude. Voir le produit →

L'essentiel

La corrosion des soudures dans l’acier inoxydable est le résultat de la combinaison de la chaleur, de l’état de la surface et de l’environnement. La réponse pratique pour un acheteur n’est pas simplement de demander « de l’acier inoxydable ». Il s'agit de préciser la nuance d'alliage, le traitement de soudure et l'état de surface, et d'en avoir la preuve dans le rapport d'inspection. Lorsque ces détails sont cohérents, la durée de vie d’une soudure en acier inoxydable peut répondre aux attentes fixées par le métal de base.

Si vous achetez des tuyaux ondulés en acier inoxydable ou des tuyaux de gaz soudés, renseignez-vous auprès du fabricant sur sa procédure de décapage et de passivation et sur la manière dont il vérifie la zone affectée par la chaleur. Telles sont les questions qui empêchent les taches brunes d'apparaître des mois plus tard.